商品过度包装自动检测系统的设计与实现*

刘 卓 张苓苓 张毅坤 王 娜 张 娟

(1.西安计量技术研究院，西安 710068；2.西安理工大学计算机科学与工程学院，西安 710018)



商品过度包装自动检测系统的设计与实现*

刘 卓1张苓苓2张毅坤2王 娜2张 娟1

(1.西安计量技术研究院，西安 710068；2.西安理工大学计算机科学与工程学院，西安 710018)

商品过度包装与我国发展循环经济、构建节约型社会是完全相悖的。针对目前过度包装检测难的现状，本文设计实现了一种包含三维数据现场采集、体积计算、空隙率计算与过度包装判定、检测信息查询与发布为一体的商品过度包装智能检测系统，以先进、可信的技术手段解决商品过度包装检测难的问题。

过度包装；自动检测；包装空隙率；B/S架构

0 引言

目前，虽然国家亟待制定和完善防止过度包装的法律法规，但是依然需要坚持科学的态度和方法[1]。质量监督部门当前只能采用手工测量+经验评估+计算推理得出商品是否存在过度包装[2]。使用钢直尺或游标卡尺测量商品外包装和初始包装的外切最小包装体积的方法，随着商品包装日常计量检验、执法检查工作的深入开展，空隙率的判定相对困难和复杂。

在政府与民众一片遏制商品过度包装的呼声下，如何在形形色色的商品包装中、在各式各样的产品形状下，采用何种技术手段，能够快速、有效、较为准确地确认是否存在商品销售过程中的过度包装，就成为摆在广大消费者和质量监督部门面前，至今没有较好解决的一道难题。本研究就是在这样的背景前提下提出的，集计量检测、信息查询与发布为一体的商品过度包装智能检测系统[3]。

1 商品过度包装自动检测系统的设计

本文提出一种新的过度包装自动检测系统，这种检测系统从对商品包装及商品本身进行三维扫描出发，通过图像数据采集、数据提取与处理、形态模糊识别、实体体积规范换算、空隙率运算比等得到检测数据，从而判定是否属于过度包装范围，同时包含后续对检测结果的审核与签发、信息查询与发布等功能的自动化过度包装检测过程的研究，达到实现基于三维扫描的商品过度包装一体化检测。总体架构图如图1所示。

图1 过度包装自动检测系统总体架构图

1.1 B/S架构

本系统采用基于B/S的架构。B/S(Browser/Server)结构即浏览器和服务器结构。用户工作界面通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现，但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本(TCO)。

数据综合管理平台能够便捷、高效地完成对检测数据的实时、动态管理，实现检测流程的自动化以及对整个检测过程进行有效监督；实现数据维护、查询、统计；同时提高信息数据处理，原始记录打印、证书打印等管理方面的工作，最大限度的提升整体业务素质，提高管理水平，实现全面的质量管理。

1.2 三层结构模型

本系统采用三层结构模型。即：表现层(UI)、业务逻辑层(BLL)、数据访问层(DAL)。表现层提供给用户一个视觉上的界面，用户可输入数据、获取数据,同时也提供一定的安全性；逻辑层是表现层和数据层的桥梁，它响应界面层的用户请求，执行任务并从数据层抓取数据，将必要的数据传送给界面层；数据层定义、维护数据的完整性、安全性，它响应逻辑层的请求。访问数据采用三层结构减少了应用系统在开发和维护期的开销，应用系统的安装与升级更加容易，系统的可伸缩性得到了加强。

1.3 系统安全设计

为保证检测结果的准确性与可靠性，数据上传必须经过身份验证，从智能终端接收检测人员现场采集的原始数据和计算统计结果。为了保证数据的安全性，整个传输过程通过加密算法进行密文传送，服务程序接收到加密数据通过解密后保存到本地数据库中，本地数据库中的数据由管理平台程序实时处理显示。

2 商品过度包装自动检测系统的实现

基于三维扫描的商品过度包装智能检测过程包含了三维扫描、点云数据处理、异类形体包装体积智能换算，以及包装空隙率运算与是否过度包装判定等基本环节。系统的软件功能模块如图2所示。

图2 系统软件功能模块

现场检测人员使用前端三维扫描仪在现场对待检物品进行详细检测，通过该系统的手持智能客户端使用一定的算法对三维扫描仪输出的数据进行处理，抽取有效的三维数据(例长、宽、高、直径等)，再设定空隙率系数，计算当前物体的空隙率，判断当前商品是否属于过度包装范围，将商品的相关信息及检测结果上传到数据服务器。检测中心的管理人员通过综合管理平台管理数据库，统计查询并打印证书。

2.1 三维数据提取

摄像机经过标定[4]后就可以对待测物体进行拍摄，待测包装体在旋转平台上旋转一周，采取视频拍摄机制，拍摄过程中激光始终打在物体上。使用OpenCv的cvQueryFrame功能将拍摄视频按帧数进行分割，然后对采集的图像进行线性提取，找到激光点。摄像机拍摄视频提取帧如图3所示。

图3 摄像机拍摄视频提取帧

摄像机单幅拍摄只能得到物体一个角度的信息,因此为了得到待测物体表面完整的三维数据信息,要使用摄像机对物体多角度拍摄。本实验中采取将待测物体放在旋转平台上，实现摄像机固定，物体在旋转平台的带动下完成360度旋转的过程。

转轴标定后，被测物体在旋转平台上旋转一周，视频分解成40幅图片，对每一幅图片进行激光线提取，得到坐标后，利用旋转逆向思维，分别计算每组坐标在一定角度下的坐标转换，将得到坐标拼接成完整的三维点云[5]。被测物体点云数据拼接如图4所示。

图4 被测物体点云数据拼接

2.2 过度包装判定方法

2009年4 月，国家质检总局和国家标准委批准发布了《限制商品过度包装要求食品和化妆品》国家标准，标准自2010年4 月1 日起开始实施。

表1 空隙率判断标准与计算公式

根据国标JJF 1244—2010限制食品及化妆品过度包装要求(见表1所示)，该系统中包装空隙率计算方法如下：

(1)

式中：X为包装空隙率；V0为商品销售包装体积，指商品销售包装(不含提手、扣件、绑绳等配件)的外切最小立方体体积；Vn为商品初始包装的总体积，商品初始包装体积指商品初始包装的外切最小立方体体积；k为商品必要空间系数。商品的必要的空间体积指用于保护或固定各产品初始包装所需要的空间，在JJF 1244—2010标准中，k值为0.6。

根据三维重建得到的点云数据，得到外切最小多边形体积，再基于以上计算得出的商品包装的空隙率，就可依据国标要求进行商品是否存在过度包装的判定。

3 过度包装智能检测系统主要界面

过度包装智能检测平台，控制摄像机开启与视频处理，提取三维数据并计算空隙率，其主要界面如图5所示。

图5 商品过度包装检测终端界面

4 结束语

本方法是从技术角度提供了一种确定包装体积是否过度包装的手段，而其它诸如包装材料、包装质量等方面的综合考量还需专业技术人员确认。

基于三维扫描的商品过度包装自动检测系统的研究，可有效地解决质监一线计量检验人员与执法人员在过度包装商品日常检验、检查过程中遇到的检测数据的获取、处理、判定、管理方面难以准确、快速判定的问题,可促进以现代科学技术、高精尖设备及信息化系统为支撑的质监工作新模式的有效开展，可为保障广大消费者利益、节约资源、减少浪费、环境保护做出巨大贡献。所以，该项目的研究不仅具有较大的经济效益，而且具有深远的社会效益。

[1] 史庆平.遏制过度包装需要多管齐下[N].中国新闻出版报,2012-02-22007

[2] 徐晶卉.检测工程师 两把尺"丈量"过度包装[N].文汇报，2013.02.05

[3] 王凯.过度包装商品智能检测装置的研制[N].计量技术，2014(06)

[4] Zhang Z Y.A flexible new technique for camera calibration.IEEE Trans.On Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2000, 22(11): 1330-1334

[5] 施瑞奈尔.OpenGL编程指南 [M].北京：机械工业出版社，2010

陕西省工业科技攻关项目(2014K05-33)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.08